熱交換器の性能向上に関する実験的・数値解析的研究

2022.08.30 By 横浜国立大学 大学院工学研究院 システムの創生部門 酒井 清吾

地球惑星科学

研究概要

「ふく射」という熱の伝わりをキーワードに研究をしています。例えば、地球温暖化をもたらす熱源は太陽ですが、太陽と地球はおよそ15千万キロメートル離れており、「熱伝導」「対流熱伝達」によって太陽の熱が地球にもたらされているわけではありません。また、我々の体は熱を発しており、それは赤外線として計測することもできます。そして、身の周りに存在する熱交換器や混合機は、ときに相変化を伴いながら、熱伝導・対流熱伝達・ふく射熱移動の複合伝熱として熱流体が移動します。本研究室では、ふく射伝熱を中心に、複合伝熱流動場の基礎から応用分野までの諸現象・問題に関する研究を行っています。

アドバンテージ

企業における2年間の研究(ホログラフィーによる微粒子計測、LNGタンク内のミキシング数値解析、レーザー溶融シミュレーション、プラズマ計測等)による実務経験と、東北大学流体科学研究所における4年間の多岐にわたる研究(気候・気象に関するふく射伝熱解析、熱電運動素子を用いた医療器具の開発、結晶成長場の計測・数値解析、海洋深層水の汲み上げに関する研究等)および横浜国大における研究(各種熱交換器の実験的研究および数値解析、新形状混合機の開発、地球温暖化予測、ヒートアイランド現象、火災旋風等の数値解析)により、熱・流体工学、伝熱工学に関する研究・教育に精通しています。

事例紹介

混合は様々な分野で用いられる重要なプロセスの一つです。既存の混合機は、回分式では汎用性が高いものの、機械が大きい、環境負荷が大きいという点が、連続式では省エネルギーで大量生産が可能なものの、流路の閉塞やショートパスという混合せずに排出されてしまう現象が生じるなど、一長一短です。本研究室では、ショートパスを最小限に抑え、簡易な構造で混合精度の良い、連続式混合機の開発を行っています。その混合機は、旋回流と遠心二次流れを活発に誘起し同時に利用した、フィレット形状(角部が丸い)を有する水平旋回型混合機です。現在は流動場に影響を与える設計因子の解明を進めており、今後はフィレット形状の効果の解明、混合場の詳細な数値解析を進める予定です。

相談に応じられるテーマ

熱交換器の性能向上に関する実験的・数値解析的研究,ふく射・対流複合伝熱解析,都市の温熱環境に関する数値解析,気象現象に関する数値解析,ふく射伝熱を用いた高効率伝熱機器の開発,旋回渦流れの実験的・数値解析的研究

主な所属学会

日本機械学会,日本伝熱学会,日本流体力学会,日本原子力学会

主な論文

Evaluation of Radiative Heat Transfer Effect on Fire Whirlwind』「International Journal of Aerospace and Lightweight Structures (IJALS), Vol.3, No.3, pp.373-3842013

Evaluation of Liquid Water Content in Thermal Efficient Heating Mechanism Using Water Vapor for Industrial Furnace』「Journal of Mechanics Engineering and Automation, Vol.7, pp.160-1642017.3

Development of the horizontal swirl mixer with a fillet shape』「International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.125, pp.129-1422018.10

主な特許

特許第5648784号「加熱装置」

特許第6925020号「混合装置及び混合方法」

特願2018-057850「スパイラル熱交換器」

主な著書

Numerical Prediction of Fire Whirlwind Outbreak and Scale Effect of Whirlwind Behavior』「Advances in Geotechnical Earthquake Engineering – Soil Liquefaction and Seismic Safety of Dams and Monuments, Chapter 15, InTech, pp.383-4042012.2

Effect Evaluation of Radiative Heat Transfer and Horizontal Wind on Fire Whirlwind』「Earthquake

Engineering – From Engineering Seismology to Optimal Seismic Design of Engineering Structures,

Chapter 14, InTech, pp.357-378」2015.5

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特許情報

特許第5648784号「加熱装置」

JPB 005648784-000000

特許第6925020号「混合装置及び混合方法」

JPB 006925020-000000

特願2018-057850「スパイラル熱交換器」

JPA 2019168192-000000